低压无功补偿装置电容器额定电压选择和输出容量计算

郑 凯, 袁松林, 倪高俊

(浙江大学建筑设计研究院有限公司, 浙江 杭州 310000)

0 引 言

计算机、荧光灯、空调等非线性负荷在民用建筑中广泛使用,其产生的谐波对系统的影响日益严重[1-2]。谐波电流叠加在电容器基波电流上,使电容器电流的有效值增大,温升增高,甚至引起过热而降低电容器的使用寿命或使电容器损坏。谐波电压叠加在电容器基波电压上,不仅使电容器的电压有效值增大,并可能使电压峰值增加,使电容器发生局部放电,损害电容器绝缘介质,造成介质损耗增加,导致局部过热,进一步可能发展为绝缘击穿、电容器损坏。

低压无功补偿装置中串联一定电抗率的电抗器是抑制谐波和限值涌流的常用有效措施,工程人员熟知根据电容器组接入处的综合谐波阻抗呈感性来选择电抗率的方法[3-5],但并联电抗器的额定电压、串联电抗器后电容器的额定电压和输出无功容量选择往往被忽略。

1 电容器额定电压选择

额定电压是电容器的重要参数之一,无功补偿装置设计时合理选择电容器的额定电压非常重要。低压无功补偿装置接线示意图如图1所示。

电容器运行输出容量为

(1)

式中:QC——电容器运行输出容量;

XC——电容器阻抗;

UC——电容器运行电压。

由式(1)可知,电容器输出容量与其运行电压的平方成正比。电容器运行在额定电压时,电容器运行输出容量为其额定容量。当运行电压低于额定电压时,电容器运行输出容量小于其额定容量,即亏容[6-8]。在选择电容器的额定电压时,如果安全裕度取值过大,则输出容量亏损也大。反之,若选择的电容器额定电压低于运行电压,长期运行会破坏电容器绝缘,损坏电容器。综上,电容器额定电压应与运行电压一致最佳。

图1 低压无功补偿装置接线示意图

为降低谐波或限值涌流而串联电抗器时,会引起电容器端子上的电压大于低压母线运行电压,从而需要相应提高电容器的额定电压。考虑电压偏差和串联电抗器后,由于电抗器与电容器组是串联连接,流过串联电抗器与电容器组的电流值相同:

式中:I——流过电抗器和电容器的电流;

XL——电抗器阻抗;

k——电抗器电抗率;

UN——低压母线额定电压;

k1——低压母线电压偏差系数。

由式(2)、式(3)和式(4)可知,低压母线并联电容器的运行电压为

(5)

低压无功补偿常采用自愈式并联电容器,GB/T 12747.1—1991《自愈式并联电容器》规定了电容器的额定电压的优先值为230 V、400 V、525 V、690 V。GB/T 12747.1—2017《标称电压1 000 V及以下交流电力系统用自愈式并联电容器 第1部分:总则 性能、试验和定额安全要求 安装和运行导则》已取消对额定电压的相关规定。目前,市场上比较常见的额定电压有400 V、440 V、480 V、525 V、690 V等。根据电抗率和低压母线的电压偏差系数,以电容器额定电压应与运行电压一致最佳为原则,电容器运行电压和额定电压选择如表1所示。

表1 电容器运行电压和额定电压选择

2 低压无功补偿装置输出容量计算

电容器额定输出容量与额定电压平方成正比。

QCN=XCU2CN

(6)

式中:QCN——电容器额定输出容量;

UCN——电容器额定电压。

由式(1)、式(5)和式(6)可知,电容器运行输出容量为

(7)

考虑串联电抗器的无功损耗后,无功补偿装置运行输出容量为

(8)

式中:QCL——无功补偿装置的运行输出容量;

QL——电抗器的运行输出容量,QL=kQC。

表2 低压无功补偿装置输出容量计算

3 结 语

通过合理选择并联电容器组串联电抗器的电抗率,使电容器回路在综合谐波频率下呈现出感性,就可消除谐波放大。低压无功补偿装置选型时,首先根据接入处的谐波背景选择电抗器的电抗率,再根据电抗率和电压偏差选择电容器的额定电压,最后再根据电抗率、电压偏差系数和无功补偿容量选择电容器的额定容量和组数。